CN103490057A - 一种锂离子电池用镍锰酸锂正极材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种锂离子电池用镍锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：将锂源化合物、镍源化合物和锰源化合物按照摩尔比2:1:3的比例混合均匀，所得混合物在700-950℃焙烧6-36h，降温后粉碎、过筛，然后再次在700-950℃焙烧0.5-2h后退火，降温后直接过筛即得镍锰酸锂正极材料。本发明制备的镍锰酸锂正极材料的比表面降低，具有优异的加工性能，而且应用于锂离子电池，其循环性能更为优异。

Description

一种锂离子电池用镍锰酸锂正极材料的制备方法
技术领域
本发明属于化学电源锂离子电池正极材料技术领域，特别是涉及高电压镍锰酸锂正极材料的制备方法。
背景技术
尖晶石型镍锰酸锂（LiNi0.5Mn1.5O4）正极材料是目前研究较多的高能量密度正极材料之一。其放电电压平台4.7V，比锰酸锂约高20%，可逆容量可达130mAh/g（理论147mAh/g），同样比锰酸锂约高20%，由此具有比锰酸锂更高的能量密度，更为关键的是，结构有序的镍锰酸锂中Mn全部是+4价，杜绝了引起的歧化反应和杨-泰勒效应，循环性能和高倍率放电性能优良，由此被认为是未来锰酸锂的强力替代者，可广泛应用于电动汽车领域。
镍锰酸锂制备方法包括固相法、溶胶凝胶法、共沉淀法和水热法等，其中固相法具有工艺简单、操作方便等优点，比较适合大规模工业化生产。固相法制备镍锰酸锂正极材料时，锂源、镍源、锰源化合物会发生金属离子迁移、材料晶体结构重构等复杂化学反应，最后制得的产品一般为致密的大颗粒粉体，需进一步经过粉碎、过筛等工序制得粒度分布满足要求的正极材料。但是粉碎过程中往往会造成镍锰酸锂晶体被破坏，产成大量晶体断面和碎晶，这一方面会增大材料的比表面积，造成材料加工性能下降，另一方面大量高活性的晶体断面和碎晶的存在也会加剧材料与电解液的副反应，造成材料循环性能下降。
发明内容
本发明为解决现有技术中存在的问题，提供了一种锂离子电池用镍锰酸锂正极材料的制备方法，该方法采用“二次焙烧”的方法，具体为：
本发明为一种锂离子电池用镍锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将锂源化合物、镍源化合物和锰源化合物按照摩尔比2:1:3的比例混合均匀，所得混合物在700-950℃焙烧6-36h，降温后粉碎、过筛，然后再次在700-950℃焙烧0.5-2h后退火，降温后直接过筛即得镍锰酸锂正极材料。
根据本发明所述的锂离子电池用镍锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述的锂源化合物为碳酸锂、氢氧化锂、硝酸锂和乙酸锂中的一种或多种；所述镍源化合物为氢氧化镍、氧化亚镍、碳酸镍、草酸镍和乙酸镍中的一种或多种；所述锰源化合物为二氧化锰、四氧化三锰、碳酸锰、草酸锰和乙酸锰中的一种或多种。
据权利要求上述的锂离子电池用镍锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述退火温度控制在610-675℃，退火时间为4-8h。
本发明具有的优点和积极效果是：
1.本发明对粉碎后的物料进行二次高温焙烧，使材料晶体得到进一步生长发育，粉碎过程中产生的晶体断面和碎晶完全消失，材料晶体结构更为完整，材料与电解液的接触面积和反应活性得到降低，循环性能更为优异；
2.二次高温焙烧完全消除了粉碎过程中产生的晶体断面和碎晶，降低了材料的比表面积，使材料的加工性能得到提升。
附图说明
图1是实施例1制备的镍锰酸锂正极材料的扫描电镜图片；
图2是实施例1制备的镍锰酸锂正极材料的1C首次充放电曲线；
图3是对比例制备的镍锰酸锂正极材料的扫描电镜图片。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做详细描述，下述实施例仅用于说明本发明，但并不用于限定本发明的实施例范围。
实施例1：将碳酸锂、氧化亚镍、二氧化锰按摩尔比2:1:3混合均匀，将所得混合物在750℃焙烧12h，降温至常温后粉碎、过筛，所得材料再次在750℃焙烧0.5h并在620℃退火6h，降温至常温后直接过筛即得镍锰酸锂正极材料。所得材料的扫描电镜图片表明材料呈现规则的八面体形貌，晶体表面光滑平整（图1），其扣式电池的1C首次放电容量131.1mAh/g（图2），循环100次容量保持率100.2%。
实施例2：将碳酸锂、碳酸镍、四氧化三锰按摩尔比2:1:3混合均匀，将所得混合物在850℃焙烧24h，降温至常温后粉碎、过筛，所得材料再次在850℃焙烧1h并在650℃退火6h，降温至常温后直接过筛既得镍锰酸锂正极材料。所得材料呈现规则的八面体形貌，晶体表面光滑平整，其扣式电池的1C首次放电容量132.1mAh/g，循环100次容量保持率100.1%。
实施例3：将氢氧化锂、草酸镍、碳酸锰按摩尔比2:1:3混合均匀，将所得混合物在950℃焙烧36h，降温至常温后粉碎、过筛，所得材料再次在950℃焙烧2h并在670℃退火6h，降温至常温后直接过筛既得镍锰酸锂正极材料。所得材料呈现规则的八面体形貌，晶体表面光滑平整，其扣式电池的1C首次放电容量128.1mAh/g，循环100次容量保持率100.2%。
对比例：将碳酸锂、氧化亚镍、二氧化锰按摩尔比2:1:3混合均匀，将所得混合物在850℃焙烧24h并在650℃退火6h，降温至常温后粉碎、过筛即得镍锰酸锂正极材料。所得材料扫描电镜表明材料总体呈现尖晶石结构，但晶体表面却分布着很多碎晶，其扣式电池的1C首次放电容量123.1mAh/g，循环100次容量保持率94.2%。

Claims (3)

1.一种锂离子电池用镍锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括步骤如下：
将锂源化合物、镍源化合物和锰源化合物按照摩尔比2:1:3的比例混合均匀，所得混合物在700-950℃焙烧6-36h，降温后粉碎、过筛，然后再次在700-950℃焙烧0.5-2h后退火，降温后直接过筛即得镍锰酸锂正极材料。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池用镍锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述的锂源化合物为碳酸锂、氢氧化锂、硝酸锂和乙酸锂中的一种或多种；所述镍源化合物为氢氧化镍、氧化亚镍、碳酸镍、草酸镍和乙酸镍中的一种或多种；所述锰源化合物为二氧化锰、四氧化三锰、碳酸锰、草酸锰和乙酸锰中的一种或多种。
3.根据权利要求1或2所述的锂离子电池用镍锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述退火温度控制在610-675℃，退火时间为4-8h。
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